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软土基坑风险设计控制要点

330 2020-08-25 08:54:31


▼ 引言 ▼


21世纪是地下空间的世纪,随着轨道交通、建筑地下室等建设发展,基坑工程越来越多。但在软土基坑建设中,风险事故也是时有发生,带来工程费用、工期甚至人生安全事故。典型的如2008年11月15日下午3时15分,地铁1号线湘湖站北2基坑发生大面积坍塌事故,造成21人死亡,24人受伤,直接经济损失4961万元。


▼ 目录 ▼


一、软土深基坑的特点
二、软土深基坑的风险因素
三、面向风险控制的软土深基坑设计
四、设计风险控制下的施工工艺
五、BIM技术在基坑工程中的应用初探
六、结束语


▼ 内容简介 ▼

一、软土深基坑的特点


1、软土的特点

软土(通常指淤泥、淤泥质土、流塑至软塑的粘土等)具有“三高一低”的特点:孔隙率高、含水率高、可压缩性高、灵敏性高、承载力低,软弱土则包括粉土、粉砂、软-可塑的粘土等。



2、软土深基坑的事故现象


3、软土深基坑的风险特点
软土深基坑的地质及事故现象,表现出软土深基坑的风险控制有如下特点:
1、软土的侧压力大,要求围护结构与支撑强度、刚度足构且有效。
2、软土的稳定性差,对围护结构底、坑底抗隆起等的稳定性好,坑底土体加固及插入比足够。
3、软土抗承压水突涌、砂土地层管涌对降水要求高。
4、软土易沉降、固结变形等对环境保护要求高,易引起环境破坏(路面、管线、建构物物等)。

二、软土深基坑的风险因素

软土深基坑从破环造成的后果来看,主要风险因素从两个方面考虑,即基坑自身安全风险与环境保护风险,包括设计方案与措施是否具有针对性,施工是否落实到位,监控量测是否准确有效,风险控制预案是否齐备可执行。



基坑安全自身风险因素:
1、围护结构;2、支撑体系;3、土体加固;4、降水工艺;5、施工工艺;6、降排水措施;7、监测与安评;8、应急预案

环境安全风险因素:
1、围护与支撑的变形控制;2、降水的环境影响;3、环境条件的不利变化;4、环境破坏对基坑的不利影响;5、环境监测误判

三、面向风险控制的软土深基坑设计

1、了解基坑性状及环境条件
(1)基坑深度、宽度、深宽比、长宽比。
(2)基坑所处的土层性状、水文性质。
(3)基坑周边的管线、建构筑物、道路、河流等条件及保护要求。

2、确定基坑等级
(1)根据基坑深度、环境条件确定基坑等级。支护结构的安全等级为一级,结构重要性系数为1.1;支护结构安全等级为二级、三级,结构重要性系数为1.0、0.9。
(2)根据环境保护及基坑变形控制要求确定基坑变形保护等级。基坑支护结构变形控制保护等级为一级时,围护墙最大水平位移≤25‰H;支护结构变形控制保护等级为二级时,围护墙最大水平位移≤49‰H;支护结构变形控制保护等级为三级时,围护墙最大水平位移≤8~12‰H;其中H为基坑深度,有保护建筑物物取小值,否则采用大值。


3、明确分析模型
(1)围护与主体结构的复合或叠合。综合结构防水等级、施工工艺、水文环境及耐久性、基坑深度等,明确围护与主体结构的复合构造还是叠合构造,围护结构是否参与主体结构的承载等。
(2)围护结构土水压力的分、合算。根据地质及水文条件下土层的渗透性,确定围护结构承担的土、水压力采用分算还是合算。


4、勘察计算参数选取
土层计算参数的选取:直剪(C,φ)、固块,三轴参数,要根据基坑土体的固结及应力条件选取,选用标准值还是平均值等等,基床系数与M比例系数。
基坑围护结构的插入比初选:如下对于本工程事故诱发段的地下连续墙插入深度略显不足,未考虑墙底的落底问题。
坑外超载取值,结构自身参数。


5、选取围护结构形式
根据基坑深度、地质条件、水文条件、环境保护要求,经经济技术比较后合理选用基坑围护结构:分级放坡土钉墙、重力墙、钢板桩、SMW、TRD、TAD、钻孔排(咬合)桩、地连墙(接头形式)等。通常如下:
基坑深度小于4m:采用放坡或水泥土搅拌桩重力式挡墙围护或SMW工法桩;
基坑深度4~8m:采用单排650SMW搅拌墙围护(内插H500×200×10×16型钢);
基坑深度8~12m:采用单排850SMW搅拌墙(内插H700×300×13×24型钢);
基坑深度12~15m:采用800mm厚地下连续墙围护;
基坑深度15~20m:采用1000mm厚地下连续墙围护;
基坑深度大于20m:采用1200(1500)mm厚地下连续墙围护;
主体结构与围护墙组成复合(叠合)结构,受力形式、顺(逆)施工。

6、支撑形式
要根据基坑强度、刚度、稳定性及开挖与环境保护要求,合理选用支撑形式。
砼支撑:第一道(非必须)和其它道数
钢管支撑:Φ609/φ800或其它,轴力及位移补偿
型钢组合支撑:
锚索支撑:
根据基坑宽度:是否设置格构柱、支撑纵向联系梁。
支撑与围护结构的可靠有效连接受力等。

7、施工工艺要求
顺做施工:从上到下开挖、支撑,封底,从下倒上浇筑主体结构;
全逆做施工:分层从上到下开挖,随挖随施工主体结构形成支撑;
局部逆做:基坑深度范围某部分顺做、某部分逆做;
盖挖及半盖挖施工:
开挖要求:挖土机械,支撑间距3+3或4+2或其它。

8、基坑降排水
潜水:根据管涌计算,对于有一定渗透性能降水固结改善坑内土体的粉砂土或粉质粘土,对于渗透性很小的粘土,坑内抽排水。
承压水:根据抗突涌计算,采用土体加固抗压、帷幕隔水阻压、内外抽水降压或综合处置措施。
应急降水:尤其对与粉土粉砂地层的围护结构质量不好的情况下,设置坑外应急降水是很有必要的,可作为设计措施或施工措施考虑。

9、坑内土体加固
坑内软弱土体加固:可有利于坑内土体机械开挖,增加被动区抗力。
加固形式:抽条加固,裙边加固,组合加固。
加固范围:宽度、深度、间距;
加固参数:土体强度、水泥掺量等。
加固方式:注浆、搅拌、旋喷等

10、基坑检测与监测
基坑检测:各围护结构及支撑系统材料、安装方面;
基坑监测:基坑自身与环境条件方面的监测内容、方法、频率、报警值、评估与评价等等,一定要内容全面有针对性,真实及时。
如湘湖车站监测内容相对于规范少了3项必测内容,且不真实及时有效。

11、环境保护
要针对具体的环境保护对象及要求,分析保护措施的安全可行性,制定针对的保护加固措施、监控要求、施工工艺要求、分级应急应对措施。

12、基坑设计的风险识别及风险预案
根据住建部2018年37号令及建办质31号文的要求,基坑设计要识别基坑建设中的风险因素,并给出相关的风险评价及对策。同时要提示施工单位在施工中应开展的施工安全专项论证,比如涉及基坑的吊装、开挖、支模架等等。

四、设计风险控制下的施工工艺

1、导墙及槽壁加固
对于填土、表层送审粉细砂土以及坑边有距离较近的保护对象,围护结构导墙难以有效控制钻孔或成槽质量的,要考虑槽壁加固措施。

2、围护结构施工工艺
周边环境条件保护严格的,围护结构钻孔及成槽成墙要考虑分区、分段、跳槽施工,减少基坑的环境效应影响。

3、开挖与支撑
周边环境条件保护严格的,基坑分区、分段、分层开挖,充分利用时空效应,加快支撑与主体结构回筑。

4、环境条件专项监测
对周边环境条件的特定保护对象,制定专项的环境监测方案,比如地铁边施工基坑。

五、BIM技术在基坑工程中的应用初探

BIM技术在基坑中应用,可以让基坑设计与施工更直观,计量更准确。在杭州博奥隧道中做了些初步应用。


BIM技术在基坑中应用,可以让基坑设计与施工更直观,计量更准确。在杭州博奥隧道中做了些初步应用,主要是BM上,在I上还需进一步深化。


六、结束语
软土深基坑随着经济及技术的发展朝着更大、更深、更新方向发展,各种新的围护结构及支撑手段不断发展,如型钢组合支撑、TAD墙、轴力补偿与位移补偿等等。但不管如何发展,安全施工及质量更优与施工更快效益更好是永恒的追求,尤其是安全与质量方面,要设计更安全经济环保高效,施工更是要精心精益精细精准。



原标题:软土基坑风险设计控制与BIM应用初探

作者:张迪

中铁第四勘察设计院集团有限公司